La présence de composés azotés en excès peut conduire à la pollution de l'environnement et des problèmes de santé. Les ions nitrates sont les composés azotés les plus couramment rencontrés dans les eaux usées issues des activités humaines telles que l'agriculture. Par conséquent, l'élimination des ions nitrate dans les eaux souterraines et les eaux de surface ainsi que dans les eaux usées est d'une importance capitale. Actuellement, les principales méthodes appliquées pour l'élimination des ions nitrate, comprennent les méthodes biologiques et physico-chimiques. Cependant, ces traitements présentent des lacunes et des limites, telles que des conditions de réalisations coûteuses et complexes. Le procédé d'adsorption est considéré comme meilleur que les autres technologies de traitement des eaux usées, car sa conception est simple et son opération facile et économique, en plus de permettre de récupérer les ions nitrate. La technologie d'adsorption a été pratiquée avec succès dans l'élimination des ions nitrate avec divers matériaux comme adsorbants. Dans cette thèse, la silice mésoporeuse SBA-16 fonctionnalisée avec des groupements ammonium a été synthétisée et utilisée comme adsorbant potentiel pour l'élimination des ions nitrate dans l'eau potable et les eaux usées. Ceci est principalement dû à leur grande surface spécifique, leur méso-structure ordonnée et leur capacité de fonctionnalisation par différents groupes fonctionnels de surface. Le processus de fonctionnalisation de la SBA-16 avec des groupements amines (des groupes mono-, di- et tri-ammonium) peut être réalisé par deux méthodes: le procédé de greffage post-synthèse et par co-condensation. L'influence du pH de la solution, de la température d'adsorption, des ions compétitifs, de la charge en adsorbant et du rapport molaire organoalkoxysilane / silice a été étudiée par une série d'expériences d'adsorption en mode discontinu. Comme indiqué par les résultats de cette étude, la SBA-16 fonctionnalisée par greffage post-synthèse montre de meilleures performances en termes de pourcentage d'élimination des polluants et de capacité d'adsorption. La capacité d'adsorption maximale a été de 70,46 mg NO3-/ g d'adsorbant à une température de 5 ° C. Le processus d'adsorption a été très rapide et le temps d'équilibre a été atteint en moins de 5 minutes. La capacité d'adsorption a été augmentée en même temps la concentration initiale. L'enlèvement maximal pour les ions nitrate a été observé à pH 3 et au-delà de pH = 3, il n'y'a pas d'effet significatif sur cette élimination. La capacité d'adsorption augmente avec la modification du type d'amine, en passant du mono-, di - et tri-ammonium. En outre, les modèles d’adsorption tels que Freundlich, Temkin et Langmuir ont été appliqués aux isothermes obtenus. Les données d'équilibre d'adsorption sont en bon accord avec les modèles de Langmuir et de Temkin. De plus, les paramètres thermodynamiques ont été évalués pour le processus d'adsorption des ions nitrate. Les valeurs négatives des paramètres tels que l'enthalpie (AH °) et l'entropie (ΔSo) constatées pour l'ensemble des modèles d'isotherme, indiquent respectivement que la réaction est exothermique, et que la disposition aléatoire de l'adsorbat est en baisse à l'interface solide / liquide. / The presence of excess nitrogen (N) compounds can lead to environment pollutions and healthy problems. Also, nitrate ions are the commonly encountered N compounds in wastewater through human activities such as agriculture and human wastes. Therefore, removal of nitrate to diminish the concentration of nitrate in groundwater, surface water as well as in wastewaters is of prime importance. Normally, the major methods that have been applied for nitrate removal include biological and physicochemical technologies. However, current available treatments for nitrate removal have shortcomings and limitations such as high costs and complex operations. The adsorption process is considered better among other wastewater treatment technologies because of the simple design, easy and economical operation as well as allowing nitrate recovery. Adsorption technology has been found successful in nitrate removal by using various materials as adsorbents. In this thesis, ammonium-functionalized SBA-16 mesoporous silica was synthesized and used as potential adsorbent for nitrate removal in water and wastewater, which is due mainly to their large specific surface area, ordered meso-structure, and their functionalization ability by different surface functional groups. The functionalized SBA-16 process with amine groups (mono-, di- and tri ammonium silane) can be carried out through two methods: post synthesis grafting and co-condensation. The influence of solution pH, temperature, competitive ions, adsorbent loading and molar ratio organoalkoxysilane/silica was investigated by a series of batch adsorption experiments. As the results of this study, the mesoporous functionalized SBA-16 via post-synthesis grafting method exhibited higher performances in terms of percentage pollutant removal and adsorption capacities. The maximum adsorption capacity was found to be 70.46 mg NO3-/g adsorbent at temperature of 5oC. The adsorption was rapid at early stages of the treatment and the equilibrium was reached within 5 minutes. The capacity of adsorbent was increased with initial concentration. The maximum removal for nitrate was observed at pH of 3. The adsorption capacity increased with changing the amine type from mono-, di - to tri- ammonium silane groups. In addition, the parameters of adsorption process such as equilibrium adsorption isotherm and thermodynamic were investigated. The Freundlich, Langmuir and Temkin isotherm models were investigated. The adsorption equilibrium data were in good agreement with the Langmuir and Temkin isotherm models. The negative values of enthalpy (ΔH°) and entropy (ΔSo) were found for all of isotherm models. This indicates the exothermic character of nitrate adsorption process as well as the decrease in randomness at the solid/solution interface during the adsorption.

La rivière Essonne est influencée quantitativement et qualitativement par la nappe de Beauce. L'eau de cette nappe possède des concentrations en nitrates élevées et qui continuent d'augmenter, représentant ainsi une menace croissante pour la qualité du cours d'eau. Des cressonnières (zones humides artificielles où le cresson de fontaine [Nasturtium officinale R. Br.] est cultivé) étaient autrefois très nombreuses entre ces deux masses d'eau, mais sont aujourd'hui massivement abandonnées. Or, ces zones humides jouent potentiellement un rôle épurateur vis-à-vis des nitrates, et pourraient contribuer au bon état du cours d'eau en limitant les transferts de ces nutriments (zones tampons) de la nappe vers la rivière. Ce travail a donc pour objectif d'étudier l'élimination des nitrates dans les cressonnières, mais également l'évolution de ces zones humides après l'abandon de la culture du cresson, et ses conséquences sur l'épuration. Pour cela, nous nous sommes basés sur l'étude d'un site expérimental (Maisse, 91, France) comprenant plusieurs stades d'abandon et sur des expérimentations en laboratoire (bioréacteurs). Les successions de macrophytes après l'abandon de la culture ont été étudiées sur le site expérimental et dans 14 autres sites de la vallée de l'Essonne. Après l'abandon de la culture, le cresson ne se maintient pas dans les fosses. On observe alors une évolution progressive vers un milieu terrestre, avec la colonisation successive par des hydrophytes pionnières ou invasives (Lemna minuta Kunth.), puis par des hélophytes pionnières (Epilobium hirsutum L., Typha latifolia L., Phragmites australis (Cav.) Steud.). Enfin, il s'établit une roselière avec l'apparition d'espèces arbustives et ligneuses (Salix sp), qui s'accompagne d'un comblement des fosses et qui semble constituer une transition vers une forêt alluviale. Au cours du passage de l'eau dans les fosses du site expérimental, une partie des nitrates a été éliminée. Les fosses cultivées ont été les plus efficaces avec un taux moyen de 1770 mg NO3-/m²/jour au cours des trois années de suivi. En comparaison, les fosses abandonnées ont montré des taux d'élimination largement inférieurs allant de 550 à 750 mg NO3-/m²/jour. Toutefois, ces taux n'ont permis qu'une faible diminution des concentrations (approximativement 44 mg/L en entrée à 42 mg/L en sortie) à cause de temps de séjour trop courts de l'eau dans les fosses. Les taux d'élimination des nitrates ont varié de façon saisonnière, avec un maximum en été et un minimum en hiver. L'ampleur des variations saisonnières a cependant été beaucoup plus forte dans les fosses cultivées que dans les fosses abandonnées. L'estimation des prélèvements par les macrophytes a montré que la dénitrification est la voie majoritaire de l'élimination des nitrates (70 à 85% de l'élimination totale). Des mesures de dénitrification potentielle en bioréacteurs ont montré que ce processus était limité par la disponibilité du carbone organique. Or, le cresson des fosses cultivées représente une source de carbone très disponible, par rapport aux hélophytes (Phragmites australis) qui dominent les cressonnières abandonnées. L'effet des cressonnières sur les concentrations en nitrates de la rivière Essonne est actuellement limité, mais peut être amélioré par la gestion des sources de carbone et des temps de séjour de l'eau dans ces zones humides. / River Essonne is quantitatively and qualitatively influenced by groundwater. Nitrate concentrations of this groundwater are high and are still increasing, threatening the quality of the watercourse. In the past, watercress farms (artificial wetlands where watercress [Nasturtium officinale R. Br.] is cultivated) were numerous between this groundwater and the river, but they are nowadays massively abandoned. These wetlands potentially play the role of buffer zones, and could contribute to maintain the quality of surface water with respect to nitrate. This study aims to assess nitrate mitigation in watercress farms, but also the changes occurring in these wetlands after watercress cropping has been abandoned and their consequences on nitrate removal. This work is based upon the study of an experimental site (Maisse, France) including several stages of abandon, and on laboratory experiments (bioreactors). Macrophytes succession after the abandonment of watercress farms has been assessed at the experimental site and in 14 other abandoned sites of the Essonne valley. After the abandonment of the crop, watercress do not maintain in the beds. The wetlands progressively evolve towards a terrestrial ecosystem, being successively colonized by pioneer or invasives hydrophytes (Lemna minuta Kunth.) and by pioneer helophytes (Epilobium hirsutum L., Typha latifolia L., Phragmites australis (Cav.) Steud.). To finish with, the vegetation consists in reed beds, with the appearance of shrubby and woody species (Salix sp) which seems to indicate an evolution towards an alluvial forest. Nitrates were partially removed from the water between the inflow and the outflow of our experimental site. Cultivated beds were the most efficient with a mean removal rate of 1770 mg NO3-/m²/day during this 3-years survey. In comparison, abandoned beds exhibited lower removal rates ranging from 550 to 750 mg/m²/day. In spite of these rates, the effects on nitrate concentrations in water were limited (approximately 44 mg/L at the inflow and 42 mg/L at the outflow), because the residence times were short. Nitrate removal rates varied seasonally, and were highest in summer and lowest in winter. The amplitude of these variations was higher in cultivated beds than in abandoned beds. The estimate of nitrate uptake by macrophytes revealed that denitrification could account for 70 to 85% of nitrate removal. Measurement of potential denitrification in bioreactors showed that organic carbon availability limited denitrification in watercress farm sediments. Watercress is a readily available source of carbon, in contrast with helophytes which dominate abandoned beds such as Phragmites australis.The effects of nitrate mitigation in watercress farms on nitrate concentrations in the river Essonne are very limited, but can be improved with the management of carbon sources and hydraulic residence time in these wetlands.

Les systèmes de traitement biologique de l'azote, qui utilisent les processus de nitrification et de dénitrification, sont susceptibles d'émettre un gaz à effet de serre, l'oxyde nitreux (N2O). Le but de notre étude était d'estimer et d'identifier les processus et les facteurs responsables de ces émissions, provenant du traitement de l'azote sur les stations d'épuration de l'agglomération parisienne et d'en estimer l'impact sur les émissions globales de N2O au niveau du bassin de la Seine. Des expériences en laboratoire ont permis la simulation des différents traitements utilisés sur l'agglomération parisienne - boues activées secondaires et cultures fixées en traitement tertiaire - et la mesure, en conditions contrôlées, des émissions de N2O. Nous avons montré que les flux de N2O représentent entre 0.1 à 0.8 % de la charge en azote traitée suivant l'oxygénation et les doses de méthanol ajoutées. Les flux de N2O les plus importants sont observés pour une oxygénation autour de 1 mgO2 L-1 lors de la nitrification; autour de 0.3 mgO2 L-1 et pour un ajout de méthanol en traitement tertiaire, ne permettant que 60 % de la réduction totale des nitrates, lors de la dénitrification. Des essais expérimentaux utilisant différents inhibiteurs spécifiques, ont permis d'identifier les deux processus majeurs responsables de ces émissions: la nitrification-dénitrifiante autotrophe et la dénitrification hétérotrophe. Le traitement de l'azote, sur les stations de l'agglomération parisienne représenterait actuellement des émissions de N2O de l'ordre de 60-120 kgN-N2O j-1 qui augmenteront avec la mise en place des nouveaux traitements de l'azote pour l'horizon 2005-2008 à 320-480 kgN j-1, et pour l'horizon 2012-2015 à 370-750 kgN j-1. Les niveaux les plus bas de ces émissions pourront être atteints si le traitement de l'azote se fait en nitrification avec une oxygénation supérieure à 2 mgO2 L-1 et en dénitrification avec des conditions d'anoxie totales et un ajout de méthanol permettant 100 % de la réduction de la charge en nitrate. Nos résultats montrent également que les émissions de N2O, se produisant actuellement dans la basse Seine recevant les rejets azotés de l'agglomération parisienne augmenteront notablement en étant transférées vers les STEPs. Cependant, les émissions de N2O en STEPs ne représenteraient que 1 à 10 % des émissions provenant des sols agricoles.

Ce travail réalise une synthèse des connaissances du programme de recherche PIREN Seine concernant la problématique de l'azote sur le bassin du Grand Morin (1200 km2). A cet effet, la plate-forme de modélisation CAWAQS (CAtchment WAter Quality Simulator) a été construite. CAWAQS simule la qualité de l'eau des différents compartiments d'un bassin versant: sols, aquifères, cours d'eau. Il a été construit à partir des modèles STICS, NEWSAM et ProSe. L'utilisation conjointe de techniques géostatistiques (logiciel Isatis®) et de CAWAQS a permis de dresser un état de la contamination en nitrate des aquifères sur la période 1977-1996. La confrontation des concentrations de nitrate simulées en rivière avec des observations à haute fréquence sur la période 1991-1996 permet l'estimation des capacités dénitrifiantes. On estime sur la période 1991-1996, que les nitrates infiltrés à la base de la zone racinaire (4 000 tN.an-1) sont exportés vers l'aval par le réseau hydrographique (41 %), stockés dans les aquifères (39%) et éliminés par dénitrification (20 %) dans les zones humides, les nappes alluviales, la zone hyporhéique, et par les processus benthiques en rivière. Des campagnes de terrain et des simulations numériques ont aussi été réalisées à l'aval du Grand Morin afin de prendre en compte les processus dominants dans la transformation des polluants pour les cours d'eau à faible profondeur. Les résultats obtenus suggèrent l'existence d'une forte élimination de l'azote ammoniacal par nitrification-dénitrification dans les compartiments benthiques. Pour l'ensemble du Grand Morin, la quantité d'azote éliminée par ce processus a été estimée à 140 tN.an-1.

L'objectif de ce travail était de caractériser les émissions de N2O par dénitrification et nitrification dans un sol de limon à l'échelle de la motte. La dénitrification a été étudiée par des mesures faites sur des boues de sol et une simulation des populations microbiennes réductrices de NO3- et N2O. La capacité réductrice de N2O est inductible, de sorte que la production nette de N2O diminue fortement au cours du temps. La respiration et l'émission de N2O par dénitrification par des mottes de sol étaient fortement stimulées par une pré-incubation anaérobie. Ces résultats peuvent être expliqués à l'aide d'un modèle simplifié prenant en compte la structure des mottes. La vitesse de nitrification et sa contribution à la production de N2O ont été caractérisées sur des agrégats de sol en fonction de la pression partielle en O2, en utilisant le traçage 15N. Une réduction de la pression O2 diminue la vitesse de nitrification et augmente fortement la production de N2O par nitrification

La prise de conscience de l'importance de la gestion des déchets et de la préservation des ressources a conduit de plus en plus d'acteurs du monde agricole à s'intéresser au compostage comme mode de traitement d'effluents d'élevage ou de boues de stations d'épuration. Les filières d'utilisation de ces substrats, épandage, compostage ou autre, doivent donc être comparées. On sait en effet que l'agriculture est responsable d'une part importante des émissions d'ammoniac (NH3) et de protoxyde d'azote (N2O) et ainsi, indirectement ou directement, de l'augmentation de la concentration de N2O dans l'atmosphère. Trois séries d'expérimentations ont été menées respectivement sur des mélanges d'écorces de peuplier et de fientes de poules pondeuses, sur du fumier de poulet sans ou avec additifs et sur un mélange de paille et de boues de station d'épuration rurale, en parallèle avec un nouveau mélange d'écorces et de fientes. La première a permis de mesurer les émissions de gaz azotés d'un andain (25 m3) en cours de compostage. Elles étaient de 50% environ de l'azote initial sous forme N- NH3 et de moins de 1% sous forme N-N2O. La production de N2O était associée à des activités de nitrification/dénitrification et avait principalement lieu en phase de maturation. La seconde a révélé, pour du compostage de courte durée (1,5 mois) et en taille expérimentale (2 m3), les conditions dans lesquelles les émissions de NH3 et de N2O étaient les plus fortes ou les plus faibles et lesquelles favorisaient l'activité de dénitrification des micro-organismes. L'augmentation du rapport carbone/azote et l'addition de composés ou microorganismes adéquats font passer les pertes en NNH3 de 55 à 7% de l'azote initial. Leur effet sur la libération de N2O (0,2-0,9%) dépend de nombreux facteurs. La troisième a montré que les andains de compostage (10 et 25 m3) devaient être considérés comme des écosystèmes à part entière composés de différents compartiments (grossièrement entrée, fond, sortie et croûte) où les populations microbiennes s'organisent différemment, l'entrée étant productrice de N2O, le fond et la sortie, producteurs, en équilibre ou consommateurs suivant les moments. La taille de l'andain en expérimentation est donc une donnée capitale pour considérer les résultats comme représentatifs de la réalité.

Dans un contexte de société où le développement durable est mis de l'avant, la gestion de lisiers provenant de la production d'animaux d'élevage est de plus en plus difficile. En effet, l'épandage de lisiers est soumis à des lois gouvernementales plus strictes afin de prévenir les problèmes environnementaux pouvant y être associés. Une solution envisagée est de traiter le lisier avant de l'épandre afin d'en réduire la charge polluante. L'objet de la présente étude consiste donc à optimiser l'élimination de l'azote contenu dans un lisier de porc synthétique (affluent) à l'aide d'un procédé biologique. Plus spécifiquement, l'étude comprend le démarrage, le développement et l'opération d'un biofiltre percolateur où le lixiviat (l'effluent traité) est recirculé dans le but d'éliminer la charge azotée sous forme d'ammonium (NH 4+ ) de l'affluent. Deux biofiltres percolateurs ont été opérés en étant alimentés en continu en lisier synthétique. La première étape du traitement consiste à un procédé biochimique de nitrification effectué par des bactéries autotrophes dans un environnement en aérobiose. Cette étape est combinée à un procédé de bio-oxydation de la matière organique du lisier. Durant le procédé de nitrification, le NH 4 + est oxydé en nitrite (NO2- ) puis en nitrate (NO3- ). La deuxième étape du traitement est d'associer la nitrification et la bio-oxydation de la matière organique à un procédé de dénitrification où le NO3- obtenu de la nitrification est réduit en azote atmosphérique (N2 ), acceptable pour l'environnement. Différents paramètres ont été variés afin d'optimiser le procédé. Trois méthodes de purge (sans purge, purge en discontinu et purge en continu), deux types de garnissage (sphères de polypropylène et billes de céramiques), quatre débits de recirculation (0, 0.5, 1 et 1.5 L min -1 ) et trois charges du lisier en carbone (137, 275 et 550 g C m-3 h-1 ) et en azote (60, 120 et 240 g N m-3 h -1 ) ont été testés. Principalement, les résultats indiquent que la purge en continu a un effet positif sur la production de biomasse et la production de CO 2 . L'augmentation du débit de recirculation a eu pour effet de diminuer la conversion du NH4+ pour les deux types de garnissages. L'effet a par contre été différent en ce qui concerne la production de CO2 : cette dernière a augmenté dans le biofiltre garni de sphères de polypropylène et diminué dans le biofiltre garni de billes de céramique. Lorsque les biofiltres étaient opérés sans recirculation, des taux de conversion de plus de 99% ont été obtenus. L'augmentation du débit de recirculation a également favorisé la production de NO 2- dans le lixiviat. Pour les deux types de garnissage, le fait d'augmenter la charge azotée de l'affluent a auFenté la production de CO2 pour les deux débits de recirculation testés (0 et 0.5 Lmin-1 ) et des conversions de plus de 99% ont été obtenues sans recirculation du lixiviat. Lorsque le lixiviat était recirculé (débit de 0.5 Lmin -1 testé) avec le biofiltre garni avec des billes de céramique, l'augmentation de la charge azotée a eu pour effet d'augmenter la conversion de NH4+ de 90% à 99%. Par contre, l'augmentation de la charge azotée semble n'avoir aucun effet sur la conversion du NH4+ lorsque les biofiltres sont opérés sans recirculation. [symboles non conformes]

Une savane est définie par la coexistence entre des arbres et des Poacées. Dans la savane de Lamto en Côte d’Ivoire, l’espèce dominante de Poacée est connue pour inhiber la nitrification et avant mon étude, l’impact des arbres sur la nitrification était très mal connu. L’étape de la nitrification est conduite par deux différentes communautés, les archées et les bactéries nitrifiantes ayant le gène amoA. Le but de cette étude est de comprendre l’impact de ces deux types de végétaux sur le cycle de l’azote, notamment sur les communautés nitrifiantes et également de comprendre l’impact de la saisonnalité et du passage du feu sur ces processus. Des échantillonnages ont été réalisés sous les Poacées et les arbres à Lamto durant les saisons humides et sèche et également avant et après le passage du feu. Cela a mis en évidence plusieurs effets : (i) les Poacées dominantes de la savane inhibent la nitrification, (ii) les arbres dominants stimulent la nitrification, (iii) les archées nitrifiantes son prédominantes dans cette savane et elles contribueraient majoritairement à la nitrification, (iv) la saisonnalité à un impact direct sur les abondances et l’activité des micro-organismes du sol (l’activité transcriptionelle des archées nitrifiantes diminuent en saison humide), (v) le feu a un effet indirect sur les communautés microbiennes du sol par son impact sur les caractéristiques physico-chimiques des sols, notamment il diminue l’activité des archées nitrifiantes. Enfin, la dénitrification est supérieure sous les arbres que sous les Poacées. Cette étude a permis de mieux comprendre les interactions entres les bactéries et archées nitrifiantes, la végétation et la saisonnalité. / A savanna is defined by the coexistence between trees and grasses. Savannas represent 12-13% of continental surfaces. In the Lamto savanna in Ivory Coast, the dominant grass species inhibits nitrification (the transformation of ammonium into nitrate) and the impact of trees on nitrification before this study was not known. Nitrification is conducted by two different communities. The archaea nitrifiers that have the amoA-AOA gene and bacteria nitrifiers that have the amoA-AOB gene. The aim of this study is to analyse the impacts of both plant types on nitrogen cycling, particularly on the nitrifier communities, and understand the impact of seasonality and fire on these processes. Sampling was conducted under grasses and trees in the Lamto savanna during the wet and dry seasons and also before and after the fire. This study has highlighted for the first time different effects including: (i) the dominant savanna grasses inhibit nitrification, (ii) dominant trees stimulate nitrification, (iii) the archaea nitrifiers are predominant in this savanna and they are mainly responsible for nitrification in this ecosystem, (iv) seasonality has a direct impact on the abundances and activities of soil microorganisms and the wet season reduced archaea nitrifier transcriptional activities, (v) fire has an indirect impact on soil microbial communities due to its impacts on soil physico-chemical characteristics: it decrees the abundance of archaea nitrifiers. In addition, denitrification is higher under trees than grasses. This study permitted to better understand the interactions between nitrifiers, vegetation and seasons.

Au Québec, l'enfouissement est la technique la plus répandue pour l'élimination des matières résiduelles. Bien qu'elle soit simple et économique, elle entraîne différentes problématiques, dont la production de lixiviats, des liquides très chargés en contaminants, et de gaz d'enfouissement contribuant à l'émission de gaz à effet de serre. Chez Investissement Québec - CRIQ (IQ-CRIQ), la biofiltration méthanotrophe a été étudiée dans les dernières années pour le traitement combiné de ces deux sources de polluants. Si cette technologie a montré une bonne capacité à traiter le méthane (CH₄) présent dans les gaz d'enfouissement, tout en assimilant de l'azote des lixiviats, la capacité du système biologique à résister aux fluctuations saisonnières de température peut être questionnée. L'objectif principal est donc de vérifier si le caractère exothermique de la réaction d'oxydation du CH₄ par les bactéries méthanotrophes permet de maintenir l'activité biologique au sein du biofiltre et donc la capacité épuratoire du CH₄ et de l'azote nitrate (NO₃-) des lixiviats en période hivernale. Pour ce faire, un montage expérimental comprenant quatre biofiltres avec un garnissage organique a été alimenté avec des lixiviats prétraités provenant d'un site d'enfouissement et un mélange synthétique de gaz composé de gaz naturel et d'air. Des isolants en uréthane et une chambre réfrigérée ont été utilisés afin de reproduire les conditions hivernales sur le terrain d'un biofiltre enfoui, soit une température avoisinant les 4 °C. En ce sens, la température d'alimentation liquide a aussi été diminuée à 4 °C pour deux des quatre biofiltres. L'effet d'une charge en CH₄ plus importante sur le traitement a aussi été exploré. Durant les expérimentations qui se sont étendues sur environ 300 jours, les gaz (CH₄, CO₂, N₂O entre autres) et les liquides (NO₃-, NO₂-, NH₄+, pH entre autres) ont été analysés deux à trois fois par semaine et la température interne des réacteurs a été suivie en continu à l'aide de capteurs. Les expérimentations ont permis de montrer que le maintien du traitement était possible même avec une baisse de la température du liquide d'alimentation : une capacité d'élimination de 98 à 112 gCH₄/m³/j et de 2,6 à 3,2 gN-NO₃-/m³/j a été observée pour le biofiltre à température ambiante (environ 21 °C) alimenté avec un lixiviat à 4 °C alors qu'elle a été de 113 gCH₄/m³/j et de 4,4 gN-NO₃-/m³/j pour le biofiltre témoin (température ambiante et d'alimentation liquide à environ 21 °C). Cependant, le biofiltre alimenté avec des lixiviats à 4 °C et placé dans un environnement avec une température ambiante à 4 °C a vu ses capacités à traiter le CH₄ et le NO₃- devenir nulles lors du changement drastique de température. Finalement, le biofiltre alimenté avec une concentration plus élevée en CH₄ n'a pas été en mesure de traiter davantage de contaminants, ce qui laisse croire qu'il pourrait y avoir un débalancement entre le CH₄, les NO₃- et les autres nutriments essentiels ou encore la présence d'inhibiteurs au sein du biofiltre. Une difficulté des gaz à pénétrer le biofilm a aussi pu limiter la capacité d'oxydation et donc l'enlèvement des NO₃-. Bien que des incertitudes persistent, les résultats obtenus montrent bien un potentiel de maintien des capacités épuratoires par les méthanotrophes en période froide d'opération.

La pollution de l'eau résultant de la présence excessive de nutriments azotés issus de pratiques agricoles et des activités humaines telles que la décharge des eaux usées domestiques et industrielles est devenue un problème environnemental majeur. L’objectif principal de cette étude est l’optimisation de la formulation de nouveaux adsorbants pour l’élimination des ions ammonium contenus dans les effluents d’origine agricole. À cet effet, deux matériaux mésoporeux fonctionnalisés avec des groupements arène et propyl-sulfonique acides par cocondensation et greffage post-synthèse d’une part et un nouvel adsorbant contenant un groupement benzénique ponté d’autre part ont été synthétisé. Ils ont été caractérisés et testés en modes discontinu et en continu. Les adsorbants arène et propylsulfonique acides avec un rapport molaire organosilane/silice de 20% affichent une capacité maximale d'adsorption d'environ 25 mg NH4+/g à la température la plus basse étudiée (5°C). Pour une concentration initiale d'ammonium donnée, l'efficacité d'élimination (W) augmente avec l'augmentation de la charge en adsorbant. La capacité d'adsorption s’est améliorée avec l'augmentation du rapport molaire organosilane/silice pour atteindre 42 mg de NH4+/g avec un rapport de 40 % à 25° C. Les données d'équilibre des deux adsorbants suivent le modèle de Langmuir et le modèle cinétique de pseudo second ordre est celui qui décrit le mieux leur comportement cinétique. Les valeurs négatives de l'enthalpie (ΔH°) et de l'entropie (ΔS0) obtenues indiquent que la réaction est exothermique et qu’il y a baisse de l'arrangement aléatoire de l'adsorbat à l'interface solide/liquide, respectivement. Enfin, les adsorbants sont facilement régénérés et ont maintenu leurs capacités d'adsorption après cinq cycles consécutifs d’adsorption-désorption. L’étude en continu a été réalisée avec l’adsorbant arène sulfonique synthétisé par greffage. Les résultats obtenus montrent que le temps de survenue des courbes de percée diminue avec l'augmentation du débit et de la concentration initiale, mais augmente avec l'augmentation de la hauteur du lit. Les modèles de Thomas et Yoon-Nelson ont permis une bonne prédiction des courbes de percée expérimentales. Enfin, les courbes de percée n'ont pas été modifiées après trois cycles consécutifs d’adsorption-désorption. Avec l’adsorbant contenant le groupement benzénique ponté, des capacités comprises entre 34 et 40 mg NH4+/g ont été obtenues. / Water pollution resulting from the excessive presence of nitrogen nutrients arising from agricultural practices and human activities such as the discharge of domestic and industrial wastewater has become a major environmental problem. The main objective of this study is to optimize the formulation of new adsorbents for the removal of ammonium ions contained in agricultural runoff. For this purpose, two mesoporous materials functionalized with arene and propyl sulfonic acid groups by cocondensation and post-synthesis grafting on the one hand and a novel adsorbent containing a bridged benzene moiety on the other hand were synthesized. They have been characterized and tested in batch and continuous modes. Arene and propylsulfonic acid adsorbents with an organosilane/silica molar ratio of 20% show a maximum adsorption capacity of about 25 mg NH4+/g at the lowest temperature studied (5° C). For a given initial ammonium concentration, the removal efficiency (W) increased with increasing adsorbent loading. The adsorption capacity was improved by increasing the molar organosilane silica ratio to reach 42 mg NH4+/g with a ratio of 40% at 25 ° C. The equilibrium data of both adsorbents followed the Langmuir model and the kinetic pseudo second order model is the one that best describes their kinetic behavior. Negative values of the enthalpy (ΔH0) and entropy (ΔS0) obtained indicate that the reaction is exothermic and that there is downward of the random arrangement of the adsorbate at the solid/liquid interface, respectively. Finally, the adsorbents are regenerated easily and maintained their adsorption capacity after five consecutive cycles of adsorption-desorption. The continuous study was conducted with the arene sulfonic acid adsorbent synthesized by grafting. The results obtained show that the time of occurrence of breakthrough curves decreases with increasing flow rate and initial ammonium concentration, but increases with increased bed height. Thomas and Yoon-Nelson models allowed a good prediction of experimental breakthrough curves. Finally, the breakthrough curves were not changed significantly after three consecutive cycles of adsorption-desorption. With the adsorbent containing the bridged benzene group, adsorption capacities between 34 and 40 mg NH4+/g were obtained.